JPH05504831A - バッテリ監視システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 バッテリ監視システム 本発明はバッテリ監視システムに関する。電動式の１２自動車や予備電力システ ムのようなバッテリ式装置を使用する場合、バブテリの残り容量をユーザーに報 知する予報を折々提供できる様にバッテリをモニターできることが望ましい。

本発明の目的は、バッテリ監視システムを提供することである。

而して本発明のバッテリ監視システムは以下の構成、すなわち、 負荷を与えたとき、バブテリから放出される瞬間電流レベルを評価する第１手段 と； 瞬間バブテリ電圧レベルを評価する第２手段と；これら第１及び第２手段の出力 からバッテリにより排出される瞬間電力レベルを算出する第３手段と；バッテリ の容量が枯渇する最終バッテリ電圧レベルを決定する第４手段と； 第３及び第４手段の出力から推定上の最終バッテリ電流を評価するＭ５手段と； 第４及び第５手段の出力に応じたバフテリの全体の放電持続時間を所定の第１ア ルゴリズムに従い計算する第６手段と； 第１及び第２手段の出力に応じたバッテリの累積放電時間を所定の第２アルゴリ ズムに従い計算する第７手段と； 第６及び第７手段の出力から、バッテリから得られる残りの放電期間を算定する 第８手段； とを備えて成り、前記所定の第１アルゴリズムが、第１係数群をもつ記憶表の中 から前記第４手段の出力によって選択される第１係数をもつ双曲方程式から成り 、所定の第２アルゴリズムが、第２係数群をもつ記憶表の中から前記第１手段の 出力によって選択される第２係数群をもつ３次方程式から成ることを特徴とする ものである。

以下、添付図面を参照して、本発明の一実施例を詳述する。

第１図は本発明に基づくバッテリ監視システムの概要図；そして第２図は第１図 に示すバッテリ監＆７ステムをより良く理解できるよう詳細をグラフにより示し たものである。

本発明に基づくバッテリ監視システム１０を第１図に示す。このバブテリ監視シ ステム１０は、負荷８を与えるように接続されたバブテリθの＃ｉ態を監視する ものである。このシステム１０は、バブテリ９から放出される瞬間電流レベルを 測定する第１測定装置１１と、瞬間バブテリ電圧レベルを測定する第２の測定装 置１２を有している。第１及び第２測定装置１１．１２の出力は、バッテリ９に より排出される瞬間電力レベルを算出する第３装置１３に伝達される。本実施例 の第４の装置１４は予め設定した数値を内蔵しており、バブテリの容量が枯渇し たときバッテリ９の最終電圧レベルを決定し、前記Ｍ３及び第４装置１３．１４ の出力が推定上の最終バフテリ電流を評価する第５装ｆｔ１５に伝達される。

そして前記装ｆｌ１５の出力は、前記装置１４の出力と共に、所定の第１アルゴ リズム（後述する）に基づいてバッテリ９の全体の放電持続時間を計算するＭ６ 装ｒＩ１１６に伝達される。

又、第１及び第２装置１１．１２の出力が、第３ｖｔ置１３に供給されると共に 、所定の第２アルゴリズム（後述する）に基づいて累積放電時間を評価する第７ ａ置１７に供給される。又第６及び第７装置１８．１７の出力は、バッテリ９か ら得られる残りの放電時間を評価する第８装置１８に供給される。

このバッテリ監視システム１０に用いるアルゴリズムは、第１測定装置１１から の出力を基準化しこれを基に定式化される。このアルゴリズムは単純に１０時間 の放電速度の割合であるが、バッテリ９の所定温度（通常１５℃）に対する温度 変化によりある程度は部分修正される。

このため、バッテリ温度を検知のための温度センサー２１が配設されていて、こ の温度センサー２１の出力が装置２２を作動させて温度修正係数を設定し、これ を前記第１装置１１に供給する。このため、装置１１は、電流センサー１１Ａと 、温度正規化ユニットＩＩＢとスケーリングユニットＩＩＣとで構成されている 。

前記第２装置１２は、電圧センサー１２Ａと、前記パブテリθ内の個々の電池の 数を内蔵するプリセットストア１２Ｂと、出力を前記第２８ｆｔ１２に供給して その出力を電池ごとに電圧で測定する演算装置１２Ｇとで構成されている。第３ 装置１３は、前記第１及び第２ｇｌ１１１．１２により伝達される数値の増加で 、バッテリより放出される瞬間電力レベルを評価する。この実施例では、第４装 置１４には各電池の最終電圧レベルがプリ＋＜ット的に供給される。第５装置１ ５は演算装置（ｃａｌｃｕｌａｔＩｎｇ　ｕｎｌｔ）　１５　Ａを内蔵しており 、装置１３により該演算装置１５Ａに伝達される電力数値と、装ｆ１４により伝 達される電圧量との除算により、最終電流を評価し、これをユニット１５Ｂによ り、１０時間放電率にスケーリングする。

第６装置１６は、第１係数群を記憶し且つ装置１４によりユニット１８Ａに供給 される電圧値に従って一組のそのような係数群をユニット１８Ｂに出力するよう に構成された、装Ｒ１６Ａを備えている。ユニット１８Ｂは、ユニット１６Ａに より伝達される特定の係数と、ユニット１５Ｂにより供給される特定の変数とを もつ双曲方程式を評価する演算ユニットであり、この双曲方程式の評価により、 バッテリの全体の放電持続時間を特定する第７ｖｔ置１７は、ユニット１７Ａを 備えており、このユニット１７Ａは第２係数群の表を記憶し、ユニット１１Ｃに より伝達される基準化された電流値に基づき成る特定の組のそのような第２係数 群を、瞬間電圧と累積放電時間との関係を示す所定の３次方程式から累積放電時 間を評価するよう構成された演算ユニット１７Ｂに供給する。

第８装［１８は、前記装置１１Ｆ１Ｂ及び１７により伝送される数値を減算して バッテリ９の最終放電に到るまでの残り時間を測定する。尚、この装Ｗ１８は、 残っている放電時間を全体の放電時間率で表わしたり、累積放電時間を全体の放 電時間率で表わすこともできる。

は、バッテリ製造業者より提示される特定の瞬間電流レベルに対するバッテリの 測定電圧と累積放電時間との関係を示すグラフィックデータから導き出される。

第２図に示したように、このグラフィックデータと３次方程式間の発散（ｄｌｖ ｅｒｇｅｎｃｅ）は極価かであり、電流の特定値に対してｇｇ１１８Ａに数組の 係数群を記憶させることにより、記憶空間をかなり縮小できると共に数組の記憶 の係数群の補間能力を高めることができる。

同様に、ユニット１８Ｂにより評価される双曲方程式も、バッテリ製造業者より 提示される瞬間バッテリ電圧の一連の特定値に対する最終バッテリ電圧の特定値 までの全放電時間を示す前記グラフィックデータから導き出されるものであり、 双曲方程式とグラフィックデータとの発散も極僅かである。双曲方程式の未記憶 係数群の補間は前記ユニット１６Ｂにより容易に実行できる。

このバッテリ監視システム１０の作用の具体例を下記のパラメータを育するｆｌ ｃＰ１７タイプの鉛蓄電池で評価することにする。

アンペア０時し−）：８００＝１００時間容１セルの数：１６４ 温度修正ファクター：１％ｐｅｒ　’Ｃ定格温度：１５℃ 最終電圧＝２９４ １セル当たりの最終電圧：１．７９ 下記の測定値をとる。

電流：１４６アンペア 電圧：３１４．８ボルト 温度：２０℃ （１）　センサー１１Ａが、バブテリ導線に流れる現在電流値（＋１．）を＋１ ４６アンペアと計測し、正号（ｐｏｓｉｔｉｖｅｓｉｇｎ）によりバッテリが放 電中であることが表わされるユニソ）ＩＩＢが、ｆｌｙ＋を定格温度（１５℃） に正規化する。蓄電池室内の測定温度は２０℃であるので、ユニット２２により 与えられる温度修正用ファクターは、ｔｅｍｐｃｏ＝　１　＋　（２Ｏ−１５） Ｘ　（１／１００）　＝　１．０５となる。従って、温度修正後の放電電流は１ ４６．０÷１．０５＝１３９．０５ である。

ユニットＩＩＣがバッテリの１０時間容量としての電流値を計算してパーセンテ ージを出す。これによりユニット１１の出力Ｉｍは下記の通りになる。

ｉ　、　＝　（＋３９．０５Ｘ　１００　）÷８００　＝１７．３８％■　セン サー１２Ａが、バッテリ電圧を３１４．８ＶＤＣと計測する。そして、ユニット １２Ｂがバッテリ電圧をセルの数（１６４）で割りセル電圧を出す。

Ｖｌｎ＝３１４．８／１６４＝１．９１９５（３）　装置１３は、電圧需要を計 算する。

Ｐｏｗｅｒ：Ｖ＋、Ｘ　Ｉｌ、：　１．９１９５Ｘ　１３９．０５＝　２６８． ９０ワツト（４ユニツ）１５Ａは最終電流を計算する。

ｉｆ＝電力／　Ｖ　ｔ （Ｖ　ｔはプリセットした最終電圧、すなわち装置１４で設定される数値１．７ ９である。） ｉ　ｒ　＝　２１ｉ６．９０／　１．７９＝　１４９．１１７　ンヘ−ｒこの１ ４９．１１アンペアはユニット１５Ｂによって１０時間容量の１８．８４％にス ケーリングされる。

■　ユニッ）１６が最終電流ｉｒを用いて、下記フオームの双曲方程式から、終 了時刻Ｔを計算する。

Ｔ＝ａ＋ｂ　ｉ、　−’＋Ｃｉ　ｔ　−”特定最終電圧値の双曲係数（ａｔ　ｂ ＋　ｃ）、例えば下記の係数が、ユニット１６Ａに記憶されている場合ｌ薯［− 上−−一　−ニー− １，８５〜１１１．７３８　１ｉ８１ｉ２．２９　３９４２．）１．８３　−９ ５．１３９４　Ｂ６４５．３４　５１７１．７１１．８１　−８７．７０７９　 Ｇ９３９．１８　３５８０．９８１．７９　−７４．９５４１　８９］３．１８ 　３８５７．２７１．７７　−Ｇ５．ｌ９０Ｇ　Ｂ２Ｈ２，４４８３４，９２１ ，７５−５９，４１Ｇ３　８１１２ｇ、！１　５２（１２，１１ユニツト１６Ａ は上記の表から所定のエンドポイント電圧１．７９に対する特定の係数を選択す る。すなわち１．７９　−７４．９５４１　６９１３．１８　３８５７．２７そ して、１８．８４％の特定最終電圧の終了時刻を双曲方程式を用いて計算する。

Ｔ＝−７４，９５４１＋（ｌｉ９１３／１８．１ｉ４）＋（３８５７，２７／（ １８，６４）”　＝３０７．０８（ａ　電流ｉ、の特定レベルの３次係数（ａ、 ｂ、Ｃｏ　ｄ）、例えば下記の係数が、ユ’−ｙ）１７Ａに記憶されている場合 、ユニット１７は、下記の３次方程式から、累積放電時間“ｔ”を計算する。

Ｖ＝ａ＋ｂｔ−ｃｔ”　＋ｄｔ３ 表　１ １７２　１、［ｉ５５−４．３９２　Ｅ−３５，４２Ｇ　Ｅ−４−２，１２７Ｅ −４１４２１，７１０−５，９８５Ｅ−３−４，１７４Ｅ−４２，１Ｂ４　Ｅ− ５１０８１，７７［ｉ　−４，７２２Ｅ−３２，３４８Ｅ−５−２，６０１Ｅ− ｆｉ８８　１．８０４−２．８３９　Ｅ−３−１，０８２Ｅ−５−７，７８７Ｅ −７７１１，８３７−１，２４０Ｅ−３−２，９８５Ｅ−５−１，２０３Ｅ−７ ６０１，８５２−７，０２４Ｅ−２−３，４７８Ｅ−２８，１８４Ｅ−３３６， ９１，９１３−４，２１４Ｅ−２−４，０ｇ７Ｅ−３３，９０３Ｅ−３２７１， ９４０−３，２３４Ｅ−２５，８３Ｇ　Ｅ−３−３，５３３Ｅ−３２１Ｊ　１． ９５１　−１．ｌ１ｉ４８　Ｅ−２６，９５７Ｅ−４−１，３３１Ｅ−３１８１ ，９６４−１，３８２Ｅ−２５，５［ｉ５　Ｅ−３−５，９３８Ｅ−４１７，３ ８１，９８４９６−１，４３２Ｅ−２５，７）　Ｅ−４−５，８Ｅ−４１５，５ １，９［ｉ８−１．５９２　Ｅ−２２，２３２Ｅ−３−５，６３２Ｅ−４１３， ８１，９７２−１，３ｇｌ　Ｅ−２２，８１１Ｅ−３−５，３９９Ｅ−４１２， １１，９７７−１，２７７Ｅ−２２，０９２Ｅ−３−３，３１２Ｅ−４１１１， ９８２−１，３１０Ｅ−２２，０Ｂ５Ｅ−３−２，７５９Ｅ−４１０１，９Ｈ− ９，２９９Ｅ−３１，３８１Ｅ−３−１，８８０Ｅ−４（Ｅ−２が１０−２等々 である場合） 従って、３次方程式は下記の通りになる。

Ｖ＝ａ＋ｂ　１１　ｔ−１−ｃ　ｅ　ｔ２＋ａ　＊　ｔ’下記の変数、すなわち ■＝セル電圧＝１．９１９５ ａ＝計夏係数＝１．９８４９６ ｂ＝計算係数＝−０，０１４３２ Ｃ＝計算係数＝０．０００５７７ ｄ；計算係数＝−０，０００５８ は知られているから、ユニット１７Ｂは、反復してこの方程式を解き、ｔの値を 出す。この結果はｔ＝１１３１分である。

■　装置１８は残り時間を最終時間と現時間との差として評価する。すなわち ３０７−１８１＝１４８分 従って、放電が現在の速度で継続する場合、バッテリは今後１４６分間は放電を 継続できることになる。また、装置１８は、残りのパーセント放電率を下記のよ うに評価する。

（残り時間／終了時間）Ｘ１００＝　（１４８／３０７）Ｘ１００＝４７．５６ ％ 従って、バブテリには４７．５％の充電が残っていることになる。

以上の実施例の説明において、３次方程式と双曲方程式の両方）は、ユニット１ １と１４とにより算出される識別子と数値の均しい識別子をもつけれども、とり わけ継続的に変化し易い瞬間電流の測度（−ｅａｓｕｒｅ　）を出力する装置１ １の場合は、評価された電流値が記憶ユニッ）１７Ａ内の識別子と同一である保 証のないことは理解されよう。従って、ユニット１７Ａは最も近い記憶識別子と 、その記憶係数とを補間して所要の識別子と所要の係数とが得られるようにして いる。

例えば、万一識別子とその係数がユニツ）１７Ａに記憶されていない場合には、 記憶識別子１８．０に対する記憶係数と、記憶識別子１５．５に対する識別係数 （前記第１表参照のこと）との補間を行うのであるが、それは１７．３８が１５ ．５と１８．０（７６％）の中間の比率であることを算定し、かつ、各々の記憶 係数が補間された数値を評価することによって行われる。例えば係数ａを例に挙 げると、 ａ＝　（１，９８４／１．９６８）Ｘｏ、７６＋１．９８８＝１゜９６５である 。

もし最終電圧ｖｆが記憶ユニツ）１６Ａ内に識別子として特別に内蔵されている バッテリ製造業者指定の設定値と一致しない場合には、ユニット１８Ａによって 同様の補間を行うようにしてもよい。

尚、以上バッテリ監視システム１０では、このシステムが何如なる時点において も連続して、（即ち非常に速いサンプリングを行って）バッテリの予測残存容量 を出力するため、所望する場合、この予測を用いてバブテリや負荷装置を守る警 報装置の設定や作動を行えることができることは理解できよう。

このシステム１０は、またバブテリ９の設計上の放電量を現実の放電量と比較し て本バッテリ監視システム１０が、バッテリ及び負荷装置の非効率性及びバッテ リのエージングに対して自己調節させる自己学習レジュームを組込むよう改良す ることもできる。この自己調整は“電気的消去可能なプログラマブルリードオン リーメモリ”（ＥＥＰＲＯＩＩ）を使用することで達成できる。

本システム１０は、放電を行う毎に全ての重要なパラメータを記録し、そしてそ のパラメータを既に記憶されている導き出された測定値と統合する。

例えば、バフテリの放電中または再充電中に演算を行うことにより、本システム は実際の“充電効率”換言すると、バフテリを完全な充電状態又は、所定割合の 充電状態に戻すのに必要なバ。

テリへの復帰エネルギの割合を算出できる。この効果を達成するため、本システ ム１０は、各充放電サイクル用に下記のデータを記憶している。

・放電終了時点におけるバフテリエネルギーレベル（ＥＥＰＤ）争再充電中にバ ッテリに復帰するエネルギー量（ＥＲ）Φ次の放電開始時点でのバブテリエネル ギーレベル（ＥＳＩＩＯ）充電効率は下記の方程式で表わされる。

統合されて、′歴史的充電効率（ｈｌｓｔｏｒｌｃａｌ　ｃｈａｒｇｓｅｒｒ＋ ｃ＋ｅｎｃｙ）″となる。従って、本システムは、バッテリ、負荷装置及び充電 装置の充電効率を“学習”できる−のである。

従前の再充電レート、回数及び効率のデータを記録することにより、本システム はバフテリを充電状態に復帰させるのに必要な予測再充電時間を表示することが できる。必要な再充電時間を計算するため、本システムはさらにもう一つのパラ メータを記録している。

充電率（ＣＲ）をアンペッツ分で表わし、放電深度（ＤＤ）を完全に充電された エネルギーレベル％として表わすと、再充電時間は下記の方程式で表わされる。

ＤＤ　ＣＲ 充電時間（分）：＝−Ｘ− ＣＥ　ＩＩＣ ＢＣは、アンペッツ分で表わしたバッテリ容量を表わす。尚、上記変数は、全て 電気的消去可能なプログラマブルリードオンリ−メモリー（ＥＥＰＪ？ＯＮ）に 記憶される。

国際調査報告 １＋２．、ｊｌ＋ｅｐＩＩ　Ａ＋ｍ＋ｆ＃ｌ１Ｍ　＋Ｉ６　ρＣＴ／ＧＢ　８９ １０１４２Ｂ国際調査報告 ＰＣＴ／ＧＯ８９１０１４２８

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．負荷８を与えたとき、バッテリ９から放出される瞬間電流レベルを評価する 第１手段１１と、瞬間バッテリ電圧レベルを評価する第２手段１２と、これら第 １及び第２手段１１，１２から前記バッテリ９により排出される瞬間電力レベル を算出する第３手段１３と、前記バッテリ９の容量が枯渇する最終バッテリ電圧 レベルを決定する第４手段１４と、前記第３及び第４手段１３，１４の出力から 推定上の最終バッテリ電流を評価する第５手段１５と、前記第４及び第５手段１ ５，１５の出力に応じたバッテリ９の全体の放電持続時間を所定の第１アルゴリ ズムに基づき計算する第６手段１６と、前記第１及び第２手段１１，１２の出力 に応じた累積放電時間を所定の第２アルゴリズムに基づき計測する第７手段１７ と、前記第６及び第７手段１６，１７の出力から、前記バッテリ９から得られる 残りの放電期間を算定する第８手段１８とから成り、前記予め設定された前記第 １アルゴリズムが、第１係数群をもつ記憶表から前記第４手段１４の出力によっ て選択された第１係数をもつ双曲方程式から成り、予め設定された前記第２アル ゴリズムが第２係数群をもつ記憶表の中から前記第１手段１１の出力によって選 択される第２係数群をもつ３次方程式から成ることを特徴とするバッテリ監視シ ステム。
2. ２．バッテリ温度を探知する温度センサーを備え、該センサの出力を、前記第１ 手段１１に使用される修正ファクターを設定するように接続したことを特徴とす る請求項１に記載のバッテリ監視システム。
3. ３．前記第６及び第７手段１６，１７の各々が、前記各表に記憶された係数の中 間的係数を確立する補間手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のバ ッテリ監視システム。
4. ４．前記第６及び第７手段１６，１７の各々が前記各表に記憶された係数の中間 的係数を確立する補間手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載のバッ テリ監視システム。